制造閥體的方法、閥體和包括該閥體的閥的制作方法

制造閥體的方法、閥體和包括該閥體的閥的制作方法
【專利摘要】本發明涉及制造用于可電子機械地操作的閥的閥體(1)的方法、閥體(1)和包括閥體(1)的可電子機械地操作的閥。閥體(1)通過以下方式制成：提供具有周向側壁的基底元件，所述周向側壁具有第一部分(15)、第二部分(16)和第三部分(17)，側壁由鐵磁性材料制成并封閉沿著縱向軸線延伸的空腔。第三部分(17)沿縱向方向定位在第一部分(15)與第二部分(16)之間。第三部分(17)的厚度小于第一部分(15)和第二部分(16)的厚度。通過激光加熱實現第三部分(17)的硬化，其中鐵磁性材料被加熱至所需溫度，并且一旦達到所需溫度后使激光移動穿越第三部分(17)。該激光硬化使第三部分(17)的材料結構轉變為馬氏體結構。通過局部減小的厚度形成用于磁通的瓶頸，且閥體(1)中的磁通旁路因磁飽和而被降低。另一方面，閥體(1)的結構阻力因激光引起的硬化而保持高水平。
【專利說明】制造閥體的方法、閥體和包括該閥體的閥

【技術領域】
[0001]本公開涉及用于制造用于可電子機械地操作的閥的閥體的方法、閥體和用于內燃發動機的包括所述閥體的可電子機械地操作的閥。

【背景技術】
[0002]用于內燃發動機的噴射器通常包括閥體，其必須耐受噴射器內的壓力，并且同時能夠引導由噴射器的線圈形成的磁通。閥體自身通常是鐵磁性的，其造成以下問題:即形成穿過鐵磁性閥體的磁通旁路。這種磁通旁路導致噴射器動態響應的總體惡化。
[0003]為了克服該缺點，已經在噴射器中應用了不滲透地屏蔽磁通的順磁性閥體。這些順磁性閥體降低噴射器的磁性回路的總體效率，并且由于電樞與殼體以及墊圈與殼體之間的大徑向間隙而惡化任何噴射器動態響應。
[0004]用于克服所述缺點的另一可能解決方案在文獻GB 2 262 659 A中有描述，其中非磁性部分定位在閥體的兩個磁性部分之間。盡管這種解決方案降低了磁通旁路，但是機械性能也被降低，并且作為結果耐壓性也被降低。


【發明內容】

[0005]因此，本發明的目的是說明一種制造閥體的方法、一種閥體以及一種用于內燃發動機的可電子機械地操作的閥，其克服所陳述的缺點，也就是說通過它們可降低機械磁通旁路，同時閥體的機械強度保持令人滿意，或優選地不被削弱。
[0006]該目的根據本發明通過根據獨立權利要求所述的方法和閥體得以實現。所述方法的、所述閥體的以及可電子機械地操作的閥的有利改進在相應的從屬權利要求中描述。
[0007]說明了一種用于制造用于可電子機械地操作的閥的閥體的方法。所述方法包括若干步驟。
[0008]在第一步驟中，提供基底元件(base element),其中所述基底元件自身包括周向側壁，所述周向側壁具有第一部分、第二部分和第三部分。所述基底元件，特別是具有所述部分的側壁，由鐵磁性材料制成。在基底元件中，空腔沿著縱向閥軸線延伸，并且該空腔由基底元件的側壁封閉，也就是說所述部分中的每個封閉所述空腔的一個部段。在縱向方向上，即沿著縱向軸線，有第三部分，其定位在第一部分與第二部分之間。特別地，第一和第二部分鄰接第三部分的相對軸向端部。
[0009]第三部分的厚度小于第一部分和第二部分的厚度。術語“厚度”應該被理解為是面向空腔的部分的表面即側壁的內表面與背離空腔的部分的另一表面即側壁的外表面之間的距離。第一、第二和第三部分的厚度因此具體為側壁在相應部分中的壁厚。可以想到的是:側壁在第一和/或第二部分中的壁厚在沿著縱向軸線遠離第三部分的路線中發生變化。在該情況下，第一或第二部分的壁厚分別應具體理解為是指相應部分在與第三部分相鄰的端部區域中的壁厚。
[0010]在所述方法的后續步驟中，通過激光加熱使第三部分硬化，其中硬化通過以下方式實現:將鐵磁性材料加熱至所需溫度，并且一旦達到所需溫度后，移動激光穿越第三部分。這導致第三部分的鐵磁性材料的初始結構轉變為馬氏體結構(或組織)，特別是通過自淬火。一旦激光束移動離開后，受熱的材料非常快速地冷卻，并且所形成的馬氏體結構得以保持。
[0011 ] 特別地，激光器被操作以產生激光光斑，其照射第三部分的一個部段，來將所述部段的鐵磁性材料加熱至預定溫度。接下來，將激光光斑移動至第三部分的再一部段，來將所述再一部段的鐵磁性材料加熱至預定溫度，并使前一部段的材料再次冷卻。重復激光光斑的移動，直到激光光斑已掃描通過整個第三部分。
[0012]可以想到的是:側壁由具有多個微晶的材料制成，所述多個微晶具有不同的晶體結構。在該情況下，在激光硬化步驟之后，具有馬氏體結構的微晶的體積分數在第三部分中優選比在第一和第二部分中大。例如，第三部分中的馬氏體微晶的體積分數是第一和第二部分中的至少兩倍。
[0013]借助于鐵磁性基底元件的局部減小的厚度，形成了用于磁通的瓶頸(bottleneck)，并且磁通旁路由于磁飽和而降低，并且由此形成最小化的磁通旁路。另一方面，閥體在第三部分的區域中的結構阻力由于激光引起的硬化而保持高水平。第一部分的以及第二部分的結構通常保持不受影響，并且不被激光硬化處理。作為部分激光硬化的結果，閥體中的磁性回路的總體效率得到提高，噴射器動態響應也如此，同時對疲勞的阻力保持聞水平。
[0014]在一個實施例中，所述所需溫度即預定溫度為900°C?1400°C，優選為1000°C?1200°C，更優選為1050°C?1100°C。通常，激光束將鐵磁性材料加熱至稍低于熔化溫度的溫度，以便有效地形成結構的轉變。
[0015]所述第三部分的厚度可為所述第一部分或所述第二部分的厚度的90%或更小，優選為75%或更小，更優選為50%或更小。這些值可為最大值，并允許避免用于磁通的瓶頸，同時厚度自身仍然大到足以抵抗甚至更高的壓力值。有利地，第三部分的厚度具有范圍為0.3mm?0.5mm的值,并且第一部分或第二部分的厚度具有范圍為0.6mm?Imm的值,在每個情況下均包括端值。
[0016]所述激光的硬化深度通常小于所述第三部分的厚度，并且范圍可為0.1mm?
0.4mm,優選為0.2mm?0.3mm。這允許第三部分的外層被有效地硬化，而第三部分的一部分仍然保持為其初始結構。因此，第三部分中的馬氏體材料的體積分數可以沿徑向向外的方向以臺階狀或連續的方式增大。
[0017]第三部分沿縱向方向的寬度即第三部分的縱向尺寸可為Imm?3mm，優選為
1.5mm?2mm。這樣,只需通過激光束處理相對較小的部分,而仍然避免磁通旁路。硬化軌道自身，其通過激光硬化工序形成，因此與整個閥體的長度相比是小的。
[0018]在一個實施例中，第三部分在側壁的外表面中形成溝槽。也就是說:第一部分、第二部分和第三部分各自包括背離空腔的外表面和面向空腔的內表面，其中第三部分的外表面比第一部分或第二部分的外表面更靠近縱向軸線。可以想到的是:第一和/或第二部分中側壁的外表面與縱向軸線的距離在沿著縱向軸線遠離第三部分的路線中發生變化。在該情況下，第三部分的外表面比起第一或第二部分的外表面更靠近縱向軸線應具體理解為是指涉及第一或第二部分的外表面在與第三部分相鄰的端部區域中的距離。由于該特征，空腔可以具有光滑表面，而在第三部分的區域中沒有任何收縮或隆起。這樣，閥桿或閥針可在空腔中被容易地引導，而在不必附接任何可移動部分的外表面上，所述表面包括溝槽。
[0019]在一有益實施例中，鐵磁性材料是金屬，特別地鐵磁性材料包括鋼。金屬特別是鋼顯示高機械強度，并且它們的結構可通過激光硬化被容易地轉變。
[0020]用于可電子機械地操作的閥的閥體包括具有第一部分、第二部分和第三部分的側壁。具有第一、第二和第三部分的側壁圍繞縱向軸線沿周向延伸，以便限定出在縱向方向上從閥體的流體入口端部延伸到與流體入口端部相對的流體出口端部的空腔。第三部分沿縱向方向定位在第一部分與第二部分之間，并且特別在相對的軸向端部處鄰接第一和第二部分。第一部分、第二部分和第三部分由鐵磁性材料制成。第三部分的鐵磁性材料包括馬氏體結構，或者具有如前面描述的具有馬氏體結構的體積分數。馬氏體結構特別通過激光硬化形成，優選是為了避免磁通旁路。第三部分的厚度小于第一部分和第二部分的厚度，如前面描述的。這允許在具有高機械強度和耐壓性的情況下通過閥體抑制磁通旁路。
[0021]第一部分、第二部分和第三部分有利地由一個單個部分制成。這種一體式結構增大機械強度，而仍然可通過激光硬化獲得結構轉變。
[0022]所描述的閥體通常由以上描述的方法來制造。
[0023]用于內燃發動機的可電子機械地操作的閥包括如已經描述的閥體、電磁致動器、閥針一有時也被稱為閥桿、和彈簧。電磁致動器包括電磁線圈，其配置在殼體中。殼體和線圈可以圍繞側壁沿周向延伸。致動器進一步包括電樞，其被機械地聯接至閥針。閥針附接至彈簧，并且可沿縱向方向以往復運動方式移動。該移動由電磁致動器和彈簧引起。特別地，彈簧朝向關閉位置偏置閥針。致動器是可操作的，以借助于閥針與電樞的機械相互作用克服彈簧的偏置力使閥針移動而沿軸向遠離關閉位置。閥針、彈簧和電樞定位在閥體的空腔中。通過這種配置，磁通以所需方式被引導穿過所述閥，并且作為磁場和關聯于該磁場的磁通的來源的電磁致動器在所述閥內被弓I導。
[0024]電磁致動器的線圈通常是螺線管(solenoid)，以便形成均勻的磁場和均勻的磁通。
[0025]在一有益實施例中，第三部分定位在線圈的內部，即線圈和第三部分沿軸向重疊。第三部分可以至少部分地封閉電樞，即第三部分沿軸向與電樞重疊。這樣，磁通可以以有利方式被引導穿過閥體，并且電樞和磁通旁路特別小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]本發明的示例性實施例在附圖中示出，并且將參考圖1-3在以下進行說明。
[0027]附圖中:
圖1示出了用于內燃發動機的可電子機械地操作的閥；
圖2以截面圖示出了閥的中間部分的放大視圖；并且圖3示出了根據圖2的截面圖，而沒有磁通線。
[0028]重復特征在圖中被提供相同的附圖標記。

【具體實施方式】
[0029]圖1示出了用于內燃發動機的可電子機械地操作的流體噴射閥的截面圖。流體噴射閥可以優選被構造成投配燃料到燃燒發動機的氣缸中。它可以設置成被接收在燃燒發動機的氣缸蓋中。
[0030]可電子機械地操作的閥包括長形閥體1、電磁致動器2和閥針3。圖1中呈現的截面圖示出了:可電子機械地操作的閥大體是旋轉對稱的，但圖1的左上角中繪出的部分除外，這些部分被提供來特別用于為閥供應電力。
[0031]閥體I沿著縱向軸線4從燃料入口端部延伸至燃料出口端部。它具有中心空腔，其沿著縱向軸線4延伸，并接收閥針3。在空腔中，閥針3沿軸向被引導，并且可通過電磁致動器2以往復運動方式移動。空腔具有變化的直徑，從燃料出口端部處的小直徑開始到更靠近燃料入口端部的上部中的加寬直徑。類似彈簧6、7或電樞8的部件被接收在空腔的上部中。
[0032]在閥體I的燃料出口端部處，定位有閥座構件5，其具有一個或數個孔口，以便從噴射閥向燃燒發動機中噴射燃料。
[0033]第一彈簧6定位在空腔中，并以一個端部聯接至閥針3，且以沿軸向相對的端部與閥體聯接。第一彈簧6將閥針3偏置向關閉位置，在這里閥針3可以接觸閥座板5。
[0034]電磁致動器2包括:呈螺線管形狀的線圈9，其可形成電磁場11 ;和電樞8，其通過該電磁場11在空腔內沿軸向移動。閥針3被機械地聯接至電樞8，使得電樞8可操作以在電樞8通過線圈9的電磁場11發生位移時帶著閥針3與之一起移動。這樣，電磁致動器2可操作，以克服第一彈簧6的偏置力而移動閥針3離開關閉位置。
[0035]第二彈簧7定位在電樞8下方，即在電樞8與閥體的燃料出口端部之間。第二彈簧7可以是可操作的，以當閥針3在致動器2被斷電之后到達關閉位置時抑制電樞8的移動。
[0036]電磁線圈9配置在殼體中，環繞閥體I。閥針3、第一彈簧6、第二彈簧7和電樞8定位在閥體I的空腔中。閥體I由鋼制成，該鋼的鋼號為415，其為鐵磁性金屬。在再一示例性實施例中，閥體I可由鋼號為416或鋼號為630的鋼制成。
[0037]圖1中示出的閥的中間部段在圖2中以放大視圖示出。
[0038]如圖2中所示，線圈9定位在閥體I夕卜，并形成第一磁通11，其只為線圈9的左半部示例性地示出。該磁通11環繞線圈9，并作為穿過包括電樞8、極片10和殼體12的磁性回路的主磁路。作為副磁路,磁通旁路13經過閥體I和殼體12—但是不穿過電樞8和極片10—并且也環繞線圈9。
[0039]在圖3中，圖1中示出的閥的中間部分被示出，對應于圖2，但是沒有磁通11和磁通芳路13。
[0040]為了使磁通旁路13最小化，閥體I的側壁具有第三部分17，其定位在閥體I的側壁的第一部分15與第二部分16之間。側壁圍繞縱向軸線4沿周向延伸，以便限定出閥體I的空腔。
[0041]第一部分15定位在第三部分17上方，而第二部分16定位在第三部分17下方。具體地，側壁的第一部分15朝向燃料入口端部沿縱向方向4與側壁的第三部分17鄰接，而側壁的第二部分16朝向燃料出口端部沿縱向方向4與側壁的第三部分17鄰接。借助于第三部分17在側壁的外表面中限定出溝槽14。
[0042]第三部分17沿水平方向定位在線圈9與極片10之間，以及電樞8與線圈9之間。換言之，第三部分17、極片10、電樞8和線圈9沿軸向重疊。第三部分17定位在線圈9的內部，并至少部分地封閉閥針3，其在閥體I的空腔中以及電樞8的開口中被引導。電樞8定位在極片10下方。電樞8可以被構造成在致動器2被激勵時與極片10發生直接接觸。極片10與閥體I處于直接接觸并且在位置上相對于閥體I固定，而電樞8與閥體I分離一小間隙，并且相對于閥體I以往復運動方式在空腔中可縱向地位移。
[0043]第一部分15在沿軸向相鄰于第三部分17的區域中的厚度等于第二部分16在沿軸向相鄰于第三部分17的區域中的厚度，并且為1mm，而第三部分17的厚度只為0.5mm。在再一些實施例中，第三部分17的厚度也可增大至高達第一和第二部分15、16的厚度的90%。還有可能的是:第一部分15和第二部分16具有不同的厚度。
[0044]溝槽14定位在閥體I的面向線圈9的側面上，并且背離空腔。第一部分15、第二部分16和第三部分17的外表面也背離空腔，但是第三部分17的外表面與空腔之間的距離小于第一部分15或第二部分16的外表面與空腔之間的距離。
[0045]閥體I被制造為一個單體部分，以便增強機械強度。閥體I的制造開始于具有或不具有溝槽14的基底元件。如果在基底元件中最初不存在溝槽14，則必須通過鍛造或任何其它適當方法來施加該溝槽14。溝槽14的寬度，其等同于第一部分15與第二部分16之間沿縱向方向的距離，在圖3中示出的示例性實施例中為3_。在再一些實施例中，只為Imm的更小值也是可能的。第三部分17根據本公開是制造之后的最終閥體I的硬化軌道(track)。
[0046]在非硬化閥體中，鐵磁性閥體I上的溝槽14將惡化結構阻力。壁厚可能不是高到足以抵抗最大張力，其在流體壓力達到臨界值時發生在側壁的內表面處。在非硬化閥體中由溝槽14來增大磁效率所付出的代價是噴射器不能在高流體壓力處操作。典型的高壓在至少300巴的范圍內，但是甚至可能達到500巴。
[0047]本發明利用該構思來將第三部分17提供為激光硬化溝槽14，以便獲得相當的結構阻力，其將存在于沒有溝槽14的閥體I中一使得閥體I適于在這類高壓下操作一并且同時具有與瓶頸有關的優點，所述瓶頸使非所需磁通旁路13最小化。
[0048]通過硬度增大來實現只硬化第三結構17，所述硬度增大是通過閥體I的材料的微觀結構的馬氏體轉變而發生的。馬氏體是非常硬的金屬結構，并且向馬氏體的轉變會改善材料的機械強度，其只在以馬氏體鋼示出的示例性實施例中是可能的。由于只有第三區域17被硬化，所以通過馬氏體轉變使側壁在第一和第二部分15、16的區域中的磁性能受損的風險特別小。
[0049]為了硬化形成后來為閥體I的基底元件的工件，激光束光斑加熱金屬到熔化溫度稍下方，即在圖3中示出的示例性實施例中至1100°C的溫度。一旦已在第三區域17內的一個位置處達到該溫度后，激光束光斑在基底元件旋轉的同時移動穿越(across)第三部分17的面積(例如通過呈正弦方式的往復運動)。激光束沿加工方向連續地加熱表面，并且施加至材料的高溫使鐵原子改變它們在金屬晶格內的位置，即也被稱為奧氏體化的工藝。一旦激光束移動離開后，熱層在被稱作自淬火的過程中被周圍材料非常快速地冷卻。快速冷卻防止金屬晶格恢復到其原始結構，從而生成馬氏體。另外，在硬化層中生成壓縮應力。冷卻由環繞受熱閥體I的空氣來實施，但是在其它示例性實施例中也可施加附加的冷卻劑。激光的硬化深度在圖3上示出的示例性實施例中為0.4_，在再一些實施例中硬化深度可更低。通過具有溝槽14的至少部分地受到激光硬化的閥體1，即顯示將在沒有溝槽的閥體中存在的相同結構阻力的閥體I，能夠利用阻止非所需磁通旁路的瓶頸。
[0050]本發明并不局限于基于所述示例性實施例進行描述的特定實施例，而是包括不同實施例的構成要素的任意組合。而且，本發明包括權利要求的任意組合以及由權利要求公開的特征的任意組合。
【權利要求】
1.用于制造用于可電子機械地操作的閥的閥體(1)的方法，包括以下步驟: a)提供基底元件，所述基底元件具有由鐵磁性材料制成的周向側壁，并封閉沿著縱向軸線(4)延伸的空腔，其中所述側壁具有第一部分(15)、第二部分(16)和第三部分(17)，所述第三部分(17)沿縱向方向定位在所述第一部分(15)與所述第二部分(16)之間，其中所述第三部分(17)的厚度小于所述第一部分(15)和所述第二部分(16)的厚度； b)通過激光加熱使所述第三部分(17)硬化，其中所述鐵磁性材料被加熱至所需溫度，并且一旦達到所需溫度后，使激光移動穿越所述第三部分(17)，由此將所述第三部分(17)的材料的結構轉變為馬氏體結構。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述所需溫度為900°C?1400°C，優選為1000°C?1200°C，更優選為 1050°C?1100°C。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三部分(17)的厚度為所述第一部分(15)或所述第二部分(16)的厚度的90%或更小，優選為75%或更小，更優選為50%或更小。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述激光的硬化深度為0.1謹?0.4mm,優選為0.2mm?0.3謹。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述第三部分(17)的縱向尺寸為1_?3mm,優選為1.5mm?2mm?
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述第三部分(17)在所述側壁的外表面上形成溝槽(14)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述鐵磁性材料包括鋼。
8.用于可電子機械地操作的閥的閥體(1)，包括封閉沿著縱向軸線(4)延伸的空腔的周向側壁，其中所述側壁包括第一部分(15)、第二部分(16)和第三部分(17)，所述第三部分(17)沿縱向方向定位在所述第一部分(15)與所述第二部分(16)之間，其特征在于，所述第一部分(15)、所述第二部分(16)和所述第三部分(17)由鐵磁性材料制成，其中所述第三部分(17)的材料包括馬氏體結構，并且所述第三部分(17)的厚度小于所述第一部分(15)和所述第二部分(16)的厚度。
9.根據權利要求8所述的閥體(1)，其中，所述第三部分(17)中的馬氏體材料的體積分數沿徑向向外的方向增大。
10.根據權利要求8或9所述的閥體(1)，其中，所述第三部分(17)在所述側壁的外表面上形成溝槽(14)。
11.用于內燃發動機的可電子機械地操作的閥，包括:根據權利要求8、9或10所述的閥體⑴；電磁致動器⑵，其包括配置在殼體(12)中的電磁線圈(9);以及電樞(8)、閥針(3)和彈簧￠)，所述閥針(3)能通過所述電磁致動器(2)和所述彈簧出、7)以往復運動方式移動，其中所述閥針(3)、所述彈簧(6)和所述電樞⑶定位在所述閥體⑴的空腔中。
12.根據權利要求11所述的可電子機械地操作的閥，其特征在于，所述第三部分(17)定位在所述線圈(9)的內部，并且至少部分地封閉所述電樞(8)。
【文檔編號】F16K27/00GK104344043SQ201410375521
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】F.倫齊, S.菲利皮, M.格蘭迪 申請人:大陸汽車有限公司